DE102012019057A1

DE102012019057A1 - Kurbelgehäuse für eine Verbrennungskraftmaschine sowie Verbrennungskraftmaschine mit einem solchen Kurbelgehäuse

Info

Publication number: DE102012019057A1
Application number: DE201210019057
Authority: DE
Inventors: Dieter Nowak; Michael Wagenplast
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2014-03-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kurbelgehäuse (12) für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, mit wenigstens einem Gehäuseelement (13) mit einem von Kühlmittel durchströmbaren, ersten Kühlmittelraum (14) und mit wenigstens einem von dem Kühlmittel durchströmbaren, vom ersten Kühlmittelraum (14) fluidisch getrennten, zweiten Kühlmittelraum (16), wobei die Kühlmittelräume (14, 16) mittels wenigstens eines separat vom Gehäuseelement (13) ausgebildeten Zwischenelements (15) fluidisch voneinander getrennt sind, sowie eine Verbrennungskraftmaschine (10) mit einem solchen Kurbelgehäuse (12).

Description

Die Erfindung betrifft ein Kurbelgehäuse für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie eine Verbrennungskraftmaschine mit einem solchen Kurbelgehäuse.
Ein solches Kurbelgehäuse sowie eine Verbrennungskraftmaschine mit einem solchen Kurbelgehäuse sind der DE 102 12 672 A1 als bekannt zu entnehmen. Das Kurbelgehäuse umfasst wenigstens ein Gehäuseelement, welches einen von Kühlmittel durchströmbaren, ersten Kühlmittelraum sowie wenigstens einen von dem Kühlmittel durchströmbaren, zweiten Kühlmittelraum aufweist. Dabei sind die Kühlmittelräume fluidisch voneinander getrennt.
Die DE 101 55 337 A1 offenbart ebenfalls eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, wobei mit dem Kurbelgehäuse ein Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist. Das Kurbelgehäuse und der Zylinderkopf sind jeweils von einem Kühlmittel durchströmbar, wobei ein Kühlmitteldurchtritt vorgesehen ist, über den Kühlmittel vom Kurbelgehäuse zum Zylinderkopf strömen kann.
Schließlich ist aus der DE 101 02 644 C1 ein Kurbelgehäuse für eine flüssigkeitsgekühlte Hubkolben-Brennkraftmaschine bekannt. In dem Kurbelgehäuse ist ein für alle Zylinder gemeinsamer Kühlraum angeordnet, in dem mindestens ein strömungsbeeinflussendes Element vorgesehen ist. Das strömungsbeeinflussende Element erstreckt sich über mindestens die halbe Länge des Kühlraums und teilt den Kühlraum zumindest in einem Teilbereich in einen oberen Kühlraum und einen unteren Kühlraum auf. Dabei sind der obere Kühlraum und der untere Kühlraum durch Öffnungen in dem strömungsbeeinflussenden Element miteinander verbunden, wobei das Kühlmittel in den Kühlraum durch den oberen Kühlraum eingeführt wird.
Es hat sich gezeigt, dass die Herstellung eines solchen Kurbelgehäuses mit zwei fluidisch voneinander getrennten Kühlmittelräumen aufwändig und kostenintensiv ist, was zu hohen Kosten zur Herstellung der Verbrennungskraftmaschine führt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kurbelgehäuse für eine Verbrennungskraftmaschine sowie eine Verbrennungskraftmaschine mit einem solchen Kurbelgehäuse der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, dass das Kurbelgehäuse und somit die Verbrennungskraftmaschine besonders einfach und kostengünstig herstellbar sind.
Diese Aufgabe wird durch ein Kurbelgehäuse für eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Verbrennungskraftmaschine mit einem solchen Kurbelgehäuse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um ein Kurbelgehäuse der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, welches besonders einfach und besonders kostengünstig herstellbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Kühlmittelräume mittels wenigstens eines separat vom Gehäuseelement ausgebildeten Zwischenelements fluidisch voneinander getrennt sind. So ist es möglich, im Rahmen der Herstellung des Kurbelgehäuses zunächst einen fluidisch zusammenhängenden Gesamtraum zu bilden, welcher die Kühlmittelräume umfasst. Die fluidische Trennung der Kühlmittelräume erfolgt nun dadurch, dass der Gesamtraum mittels des Trennelements, welches in dem Gesamtraum angeordnet wird, in die Kühlmittelräume aufgeteilt wird. Diese Anordnung des Trennelements im Gesamtkühlraum, um somit die Kühlmittelräume voneinander zu trennen, erfolgt beispielsweise im Anschluss an die eigentliche Herstellung des Gehäuseelements.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuseelement als Druckgussbauteil ausgebildet. Mit anderen Worten ist das Gehäuseelement durch Druckgießen hergestellt, wodurch eine besonders einfache Herstellung realisiert ist. Insbesondere können so auch komplexe Geometrien sowie besonders geringe Wanddicken auf unaufwändige Weise hergestellt werden. Vorteilhafterweise ist das Trennelement als Blechteil ausgebildet, sodass auch das Trennelement selbst einfach und kostengünstig herstellbar ist.
Um ein Verrutschen und/oder eine anderweitige Bewegung des Trennelements relativ zum Gehäuseelement zu vermeiden, ist das Trennelement vorteilhafterweise mit dem Gehäuseelement verbunden. Hierzu kann das Trennelement mit dem Gehäuseelement verschweißt sein. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass das Trennelement mit dem Gehäuseelement über eine Presspassung verbunden ist, wobei das Trennelement beispielsweise in das Gehäuseelement eingepresst ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Trennelement zumindest in einem Teilbereich gummiert ist. Mit anderen Worten weist das Trennelement außenumfangsseitig eine aus Gummi gebildete Schicht auf. Über diese Schicht (Gummierung) kann die Presspassung zwischen dem Trennelement und dem Gehäuseelement ausgebildet sein. Ferner ist es möglich, dass durch die Gummierung eine sehr gute Abdichtung zwischen dem Trennelement und dem Gehäuseelement realisiert ist, so dass die Kühlmittelräume gegeneinander abgedichtet sind.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Gehäuseelement wenigstens einen Anschlag, beispielsweise einen Absatz, Stufe oder dergleichen Vorsprung auf, an dem das Trennelement wenigstens bereichsweise abgestützt ist. Dadurch ist das Trennelement definiert relativ zu dem Gehäuseelement ausgerichtet und im Rahmen der Herstellung des Kurbelgehäuses prozesssicher am Gehäuseelement montierbar. Hierzu wird das Trennelement beispielsweise von einer Öffnung eines der Kühlmittelräume in den zunächst hergestellten Gesamtraum eingelegt und an dem Anschlag abgestützt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, mit drei Kühlmittelräumen und einer Ventileinrichtung zum Beeinflussen eines Strömungswegs von Kühlmittel durch die Kühlmittelräume, wobei die Ventileinrichtung in unterschiedliche Schaltstellungen schaltbar ist;
2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine gemäß 1;
3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine gemäß 1 und 2;
4 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer Ausführungsform eines Kurbelgehäuses der Verbrennungskraftmaschine;
5 ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht des Kurbelgehäuses; und
6 ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht des Kurbelgehäuses.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine 10 für einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen. Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst ein Kurbelgehäuse 12 mit einem ersten Kühlmittelraum 14 und einem zweiten Kühlmittelraum 16. Die Kühlmittelräume 14, 16 sind fluidisch voneinander getrennt und dienen zum Versorgen von voneinander unterschiedlichen Bereichen mit einem Kühlmittel in Form einer Kühlflüssigkeit.
Wie in 1 sehr schematisch dargestellt ist, weist das Kurbelgehäuse 12 auch wenigstens einen Brennraum in Form eines Zylinders 18 auf. Der Kühlmittelraum 14 dient dabei zum Kühlen eines sogenannten Zylinderrohrs 20 des Zylinders 18, während der Kühlmittelraum 16 zum Kühlen eines Zylinderstegbereichs 22 des Zylinders 18 dient. In Hochrichtung der Verbrennungskraftmaschine 10 befindet sich dabei der Zylinderstegbereich 22 oberhalb des Zylinderrohrs 20, so dass es sich bei dem Kühlmittelraum 16 um einen oberen Kühlmittelraum und bei dem Kühlmittelraum 14 um einen unteren Kühlmittelraum des Kurbelgehäuses 12 handelt. Das Kurbelgehäuse 12 kann auch eine Mehrzahl von Brennräumen in Form von Zylindern wie den Zylinder 18 umfassen, so dass mittels des Kühlmittelraums 14 das jeweilige Zylinderrohr 20 und mittels des Kühlmittelraums 16 der jeweilige Zylinderstegbereich 22 der Zylinder zu kühlen sind.
Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst ferner einen Zylinderkopf 24, welcher mit dem Kurbelgehäuse 12 verbunden ist. Der Zylinderkopf 24 weist einen dritten Kühlmittelraum 26 auf. Wie in 1 durch Richtungspfeile 28 angedeutet ist, sind die Kühlmittelräume 16, 26 fluidisch miteinander verbunden, so dass Kühlmittel vom Kühlmittelraum 16 zum Kühlmittelraum 26 überströmen kann.
Es ist ein Kühlkreislauf 30 vorgesehen, welcher von dem Kühlmittel mit einem Massenstrom durchströmbar ist. Die Kühlmittelräume 14, 16, 26 sind dabei dem Kühlkreislauf 30 zugeordnet. Vorliegend weisen die Kühlmittelräume 14, 16 des Kurbelgehäuses 12 jeweils einen Kühlmitteleingang 32, 34 auf, wobei dem Kühlmittelraum 14 Kühlmittel über den Kühlmitteleingang 32 und dem Kühlmittelraum 16 Kühlmittel über den Kühlmitteleingang 34 zuführbar ist. Die Kühlmitteleingänge 32, 34 sind dabei voneinander separat und – wie in 1 veranschaulicht ist – separat nach außen an eine Umgebung des Kurbelgehäuses 12 geführt. Alternativ dazu ist es möglich, dass die Kühlmitteleingänge 32, 34 innerhalb des Kurbelgehäuses 12 von einem den Kühlmitteleingängen 32, 34 gemeinsamen Kanal abzweigen, wobei dieser Kanal nach außen an die Umgebung mündet. Dieser Kanal kann von dem Kühlmittel durchströmt werden, wobei das Kühlmittel dann über die jeweiligen Kühlmitteleingänge 32, 34 zu dem Kühlmittelraum 14 und/oder zu dem Kühlmittelraum 16 strömen kann.
Wie aus 1 ferner erkennbar ist, ist jedem der Kühlmittelräume 14, 16, 26 zumindest ein Kühlmittelausgang 36, 38, 40 zugeordnet. Über den Kühlmittelausgang 36 kann das Kühlmittel aus dem Kühlmittelraum 14 ausströmen. Über den Kühlmittelausgang 38 kann das Kühlmittel aus dem Kühlmittelraum 16 ausströmen, und über den Kühlmittelausgang 40 kann das Kühlmittel aus dem Kühlmittelraum 26 ausströmen.
Vorliegend sind auch die Kühlmittelausgänge 36, 38 des Kurbelgehäuses 12 voneinander separat nach außen geführt. Im Gegensatz dazu kann vorgesehen sein, dass die Kühlmittelausgänge 36, 38 innerhalb des Kurbelgehäuses 12 zu einem gemeinsamen Ausgangskanal zusammengeführt sind, wobei der Ausgangskanal dann nach außen an die Umgebung des Kurbelgehäuses 12 mündet.
Im Falle einer Steuerung eines Zustroms des Kühlmittels zu den beiden getrennten Kühlmittelräumen 14, 16 des Kurbelgehäuses 12 sind die Kühlmitteleingänge 32, 34 – wie in 1 veranschaulicht ist – vorteilhafterweise einzeln und voneinander separat nach außen geführt, damit eine entsprechende Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln des Zuflusses wie beispielsweise eine Ventileinrichtung außerhalb des Kurbelgehäuses 12 angeordnet werden kann. Im Falle einer Steuerung und/oder Regelung eines Abflusses des Kühlmittels aus den Kühlmittelräumen 14, 16 sind die Kühlmittelausgänge 36, 38 des Kurbelgehäuses 12 – wie in 1 veranschaulicht ist – vorteilhafterweise einzeln und separat voneinander nach außen geführt, damit eine entsprechende Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln des Abflusses wie beispielsweise ein Ventileinrichtung außerhalb des Kurbelgehäuses 12 angeordnet werden kann, wie es vorliegend vorgesehen ist.
Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst auch eine Ventileinrichtung 42 mit einem Ventilelement 44 zum Beeinflussen eines Strömungswegs des Kühlmittels durch die Kühlmittelräume 16, 26. Das Ventilelement 44 steuert und/oder regelt die Durchströmung der Kühlmittelräume 16, 26 mit dem Kühlmittel, wobei das Ventilelement 44 vorliegend in Strömungsrichtung des Kühlmittels stromab der Kühlmittelräume 16, 26 angeordnet ist. Dies bedeutet, dass insbesondere der Abfluss des Kühlmittels aus den Kühlmittelräumen 16, 26 über den jeweiligen Kühlmittelausgang 38, 40 geregelt und/oder gesteuert wird. Dabei können die voneinander separaten Kühlmitteleingänge 32, 34 – wie geschildert – auch innerhalb des Kurbelgehäuses 12 angeordnet sein und von dem den Kühlmitteleingängen 32, 34 gemeinsamen Kanal abzweigen.
Die Ventileinrichtung 42 umfasst auch ein Ventilelement 54, mittels welchem die Durchströmung des Kühlmittelraums 14 von Kühlmittel steuerbar und/oder regelbar ist. Das Ventilelement 54 ist vorliegend stromab des Kühlmittelraums 14 angeordnet. Dies bedeutet, dass insbesondere der Abfluss des Kühlmittels aus dem Kühlmittelraum 14 geregelt und/oder gesteuert wird. Bei dem Ventilelement 54 kann es sich beispielsweise um einen Drehschieber handeln.
Mittels der Ventileinrichtung 42 ist nun ein besonders vorteilhaftes Wärmemanagement der Verbrennungskraftmaschine 10 realisierbar, da Strömungswege des Kühlmittels durch die einzelnen Kühlmittelräume 14, 16, 26 besonders vorteilhaft und bedarfsgerecht einstellbar sind. Dies bedeutet, dass die Strömung des Kühlmittels durch den Kühlkreislauf 30 mittels der Ventileinrichtung 42 bedarfsgerecht und insbesondere in Abhängigkeit von jeweiligen Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine 10, insbesondere in Abhängigkeit von einer Temperatur der Verbrennungskraftmaschine 10 und ihrer Komponenten, einstellbar ist. Insbesondere ist es möglich, die Verbrennungskraftmaschine 10 selbst besonders schnell aufzuheizen sowie das Kühlmittel zur Aufheizung von Betriebsflüssigkeiten wie Schmiermitteln der Verbrennungskraftmaschine 10 und auch zum Kühlen von entsprechenden Komponenten der Verbrennungskraftmaschine 10 zu nutzen. Mit anderen Worten ist es möglich, die Verbrennungskraftmaschine 10 mittels des Kühlmittels bedarfsgerecht zu kühlen sowie Wärme mittels des Kühlmittels bedarfsgerecht an entsprechende, schnell aufzuheizende Komponenten zu verteilen. Hierzu wird Wärme von zu kühlenden Wärmequellen zu aufzuwärmenden Wärmesenken mittels des Kühlmittels transportiert.
Dadurch können die Reibleistung, der Kraftstoffverbrauch sowie der Verschleiß der Verbrennungskraftmaschine 10 besonders gering gehalten werden. Darüber hinaus ist durch die Realisierbarkeit eines solchen, besonders vorteilhaften Wärmemanagements die Darstellung eines sehr hohen Fahrkomforts für Insassen des Kraftwagens darstellbar, da durch die entsprechende, bedarfsgerechte Verteilung der Wärme über das Kühlmittel der Innenraum des Kraftwagens sehr schnell, d. h. auch bei einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine 10 sehr kurze Zeit nach dem Kaltstart beheizt werden kann.
Der Kühlkreislauf 30 umfasst auch eine Kühlmittelpumpe 46, mittels welcher das Kühlmittel durch den Kühlkreislauf 30 förderbar ist. Der Kühlmittelausgang 38 ist über eine entsprechende Leitungselement 48 des Kühlkreislaufs 30 mit einem Anschluss 50 des Ventilelements 44 fluidisch verbunden. Der Kühlmittelausgang 36 des Kühlmittelraums 14 ist über ein entsprechendes Leitungselement 52 fluidisch mit dem Leitungselement 48 verbunden bzw. verbindbar. In dem Leitungselement 52 ist das schaltbare, d. h. steuer- und/oder regelbare Ventilelement 54 angeordnet, mittels welchem das Leitungselement 52 und somit der Kühlmittelausgang 36 fluidisch versperrbar und fluidisch freigebbar sind. Auch das Ventilelement 44 ist schaltbar, d. h. steuer- oder regelbar
Der Kühlmittelausgang 40 ist über Leitungselemente 55, 57, 108 fluidisch mit einem weiteren Anschluss 56 des Ventilelements 44 verbunden. Das Leitungselement 108 ist dabei mit dem Kühlmittelausgang 40 fluidisch verbunden ist, wobei das Leitungselement 57 fluidisch mit dem Leitungselement 108 verbunden ist und von diesem abzweigt. Das Leitungselement 55 ist wiederum fluidisch mit dem Leitungselement 57 verbunden. Die Kühlmittelpumpe 46 ist über ein Leitungselement 58 mit einem weiteren Anschluss 60 des Ventilelements 44 fluidisch verbunden. Mit einem weiteren Anschluss 62 des Ventilelements 44 ist ein weiteres Leitungselement 64 fluidisch verbunden.
Die Ventileinrichtung 42 weist nun eine erste Schaltstellung auf, in welcher ein Durchströmen der Kühlmittelräume 14, 16, 26 verhindert ist. Mit anderen Worten können die Kühlmittelräume 14, 16, 26 in der ersten Schaltstellung nicht mit Kühlmittel durchströmt werden. Hierzu befinden sich zumindest die Ventilelemente 44, 54 in einer jeweiligen Schließstellung, so dass sich etwaig in den Kühlmittelräumen 14, 16, 26 befindendes Kühlmittel nicht aus diesen ausströmen kann, und so dass die Kühlmittelräume 14, 16, 26 in der ersten Schaltstellung nicht von dem Kühlmittel durchströmt werden können. Durch die Schließstellung des Ventilelements 54 ist das Leitungselement 52 fluidisch versperrt.
Ferner befindet sich ein Ventilelement 66 eines Thermostaten 68 in seiner Schließstellung, so dass das Kühlmittel weder ein mit dem Ventilelement 66 fluidisch verbundenes Leitungselement 70 noch ein mit dem Ventilelement 66 fluidisch verbundenes Leitungselement 72 durchströmen kann. Auch ein Ventilelement 73, welches auch als Heizungsventil bezeichnet wird, befindet sich in seiner Schließstellung, so dass mit dem Ventilelement 73 fluidisch verbundene Leitungselemente 74, 76 nicht von dem Kühlmittel durchströmt werden können.
Eine beispielsweise elektrisch antreibbare Heizpumpe 78 zum Fördern des Kühlmittels ist deaktiviert. Die beispielsweise ebenso elektrisch antreibbare Kühlmittelpumpe 46 kann schaltbar sein, so dass sie in der ersten Schaltstellung beispielsweise deaktiviert ist. Bei der Kühlmittelpumpe 46 kann es sich auch um eine permanent angetriebene Kühlmittelpumpe handeln, welche beispielsweise mechanisch, insbesondere über einen Riementrieb, angetrieben wird und in der ersten Schaltstellung das Kühlmittel gegen die Ventilelemente 44, 54, 66, 72 fördert, ohne einen Kühlmittelstrom bzw. einen Kühlmittelfluss zu erzeugen. Dies bedeutet, dass die Verbrennungskraftmaschine 10 sowie ihre Komponenten in der ersten Schaltstellung nicht gekühlt werden, wodurch sich die Verbrennungskraftmaschine 10 insbesondere während einer Warmlaufphase zeitlich nach einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine 10 besonders schnell aufheizt. Dadurch kann die innere Reibung besonders gering gehalten werden. Eine solche erste Schaltstellung, bei welcher keiner der Kühlmittelräume 14, 16, 36 durchströmt wird, ist auch bei einer anhand von 3 im Folgenden erläuterten Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine 10 möglich.
In einer zweiten Schaltstellung der Ventileinrichtung 42 ist von den Kühlmittelräumen 14, 16, 26 lediglich der Kühlmittelraum 16 von einem zumindest überwiegenden Teil des Massenstroms des Kühlmittels durchströmbar. In der zweiten Schaltstellung ist der Kühlmittelausgang 38 vom Ventilelement 44 fluidisch freigegeben, während die Kühlmittelausgänge 36, 40 mittels der Ventilelemente 44, 54 fluidisch versperrt sind. Somit kommt es zu einer durch einen Richtungspfeil 79 angedeuteten Durchströmung des Ventilelements 44, so dass das Ventilelement 44 von Kühlmittel von einem am Anschluss 50 fluidisch angeschlossenen Leitungselement 82 hin zum Leitungselement 64 durchströmt wird.
Die anderen Kühlmittelräume 14, 26 werden nicht oder – insbesondere was den Kühlmittelraum 26 angeht – nur von einem sehr geringen Teil, d. h. weit weniger als der Hälfte des Massenstroms des Kühlmittels durchströmt. Das den Kühlmittelraum 16 durchströmende Kühlmittel strömt über das Leitungselement 48 zu fluidisch mit dem Leitungselement 48 verbundenen Leitungselementen 80, 82 des Kühlkreislaufs 30. Im Leitungselement 80 sind Wärmetauscher 83, 84 angeordnet, wobei mittels der Wärmetauscher 83, 84 von einem Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine 10 zu einem Ansaugtrakt dieser rückgeführtes Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10 gekühlt wird. Die Wärmetauscher 83, 84 sind somit Abgasrückführkühler (AGR-Kühler), wobei der Wärmetauscher 83 einer Niederdruck-Abgasrückführung zugeordnet ist, während der Wärmetauscher 84 einer Hochdruck-Abgasrückführung zugeordnet ist. Im Leitungselement 82 sind Abgasturbolader 86, 88 angeordnet, welche mittels des das Leitungselement 82 durchströmenden Kühlmittels gekühlt werden können. Das Ventilelement 54 ist geschlossen, so dass dadurch das Leitungselement 52 fluidisch versperrt ist. Somit kann das Kühlmittel den Kühlmittelraum 14 nicht durchströmen.
Das durch das Kühlen des Zylinderstegbereichs 22, des rückzuführenden Abgases und der Abgasturbolader 86, 88 erwärmte Kühlmittel strömt durch das Leitungselement 64 und von diesem zu Wärmetauschern 90, 92. Der Zylinderstegbereich 22, das rückzuführende Abgas und die Abgasturbolader 86, 88 sind somit, zumindest in diesem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 10, Wärmequellen.
Bei dem Wärmetauscher 90 handelt es sich um einen Getriebeölwärmetauscher, welcher auch von Getriebeöl durchströmbar ist. Mittels des Wärmetauschers 90 kann das Getriebeöl erwärmt werden, da ein Wärmeübergang von dem erwärmten Kühlmittel über den Wärmetauscher 90 an das demgegenüber kältere Getriebeöl stattfinden kann. Das Getriebeöl ist dabei wenigstens einem Getriebe des Kraftwagens zugeordnet. Hierbei kann es sich um ein Vorderachsgetriebe, ein Hinterachsgetriebe oder ein Hauptgetriebe mit schaltbaren Gängen handeln. Das Getriebeöl kann auch allen diesen Getrieben zugeordnet sein. Das Getriebeöl wird dazu genutzt, das entsprechende Getriebe zu schmieren.
Bei dem Wärmetauscher 92 handelt es sich um einen Motorölwärmetauscher, welcher auch von Schmiermittel in Form von Schmieröl der Verbrennungskraftmaschine 10 durchströmbar ist. Mittels des Wärmetauschers 92 kann das Schmieröl der Verbrennungskraftmaschine 10 (Motoröl) erwärmt werden, da ein Wärmeübergang von dem erwärmten Kühlmittel über den Wärmetauscher 92 an das demgegenüber kältere Schmieröl stattfinden kann. Die Wärmetauscher 90, 92 sind somit zumindest in diesem Betriebszustand Wärmesenken.
Durch die zweite Schaltstellung können somit das Getriebeöl und das Schmieröl erwärmt werden, so dass die Reibleistung gering gehalten werden kann. Hierbei stellen der Zylinderstegbereich 22, die Wärmetauscher 83, 84 und die Abgasturbolader 86, 88 Wärmequellen dar, von denen Wärme an das demgegenüber kältere Kühlmittel übergeht. Mittels des Kühlmittels wird die Wärme zu Wärmesenken in Form der Wärmetauscher 90, 92 transportiert, über welche dann das Schmieröl und das Getriebeöl erwärmt werden.
Von den Wärmetauschern 90, 92 strömt das Kühlmittel dann zu einem Leitungselement 94, über welches das Schmiermittel zurück zur Kühlmittelpumpe 46 strömt. Das Kühlmittel umgeht dabei einen Kühler 96 des Kühlkreislaufs 30, so dass das Kühlmittel den Kühler 96 nicht durchströmt und durch diesen nicht gekühlt wird.
Die Ventileinrichtung 42 und insbesondere das Ventilelement 44 sind auch in eine dritte Schaltstellung schaltbar, in welcher die Kühlmittelpumpe 46 aktiviert ist. In der dritten Schaltstellung ist das Ventilelement 66 geschlossen, so dass die Leitungselemente 70, 72 nicht von Kühlmittel durchströmt werden. Die Durchströmung des Ventilelements 44 von Kühlmittel ist in der dritten Schaltstellung durch einen Richtungspfeil 98 angedeutet. Wie dem Richtungspfeil 98 zu entnehmen ist, kann das Ventilelement 44 über das Leitungselement 82 und das Leitungselement 55 durchströmt werden, welches dann weiter zum Leitungselement 64 strömt.
In der dritten Schaltstellung ist das Ventilelement 54 – wie auch der zweiten Schaltstellung – geschlossen, so dass das Leitungselement 52 fluidisch versperrt ist und so dass der Kühlmittelraum 14 nicht von Kühlmittel durchströmbar ist. In der dritten Schaltstellung sind von den Kühlmittelräumen 14, 16, 26 lediglich die Kühlmittelräume 16, 26 zumindest mit dem überwiegenden Teil des Massenstroms durchströmbar, da die Kühlmittelausgänge 38, 40 von dem Ventilelement 44 freigegeben sind. Vorliegend durchströmt der gesamte Massenstrom des Kühlmittels die Kühlmittelräume 16, 26 und nicht den Kühlmittelraum 14.
Mit anderen Worten sind in der dritten Schaltstellung der Kühlmittelausgang 38 und der Kühlmittelausgang 40 mittels des Ventilelements 44 freigegeben, so dass Kühlmittel über den Kühlmittelausgang 38 aus dem Kühlmittelraum 16 und über den Kühlmittelausgang 40 aus dem Kühlmittelraum 26 ausströmen kann. Das Kühlmittel aus dem Kühlmittelraum 16 strömt über die Leitungselemente 48, 80, 82 zu den Wärmetauschern 83, 84 und zu den Abgasturboladern 86, 88 und von dort zum Ventilelement 44, während das Kühlmittel aus dem Kühlmittelraum 26 über die Leitungselemente 55, 57, 108 zum Ventilelement 44 strömt.
Das Kühlmittel strömt dann aus den Leitungselementen 82, 55 über das Ventilelement 44 in das Leitungselement 64 ein, wo sich dann spätestens das Kühlmittel aus dem Leitungselement 55 mit dem Kühlmittel aus dem Leitungselement 82 vermischt.
Eine solche dritte Schaltstellung ist auch bei der Verbrennungskraftmaschine 10 gemäß 3 möglich. In der dritten Schaltstellung werden somit der Zylinderstegbereich 22 und der Zylinderkopf 24 gekühlt. Ferner wird das rückgeführte Abgas über die Wärmetauscher 83, 84 gekühlt. Darüber hinaus werden die Abgasturbolader 86, 88 gekühlt. Über die Wärmetauscher 90, 92 wird das Schmieröl und das Getriebeöl erwärmt. Das Heizungsventil (Ventilelement 73) kann in der dritten Schaltstellung geschlossen sein, während die Heizpumpe 78 in der dritten Schaltstellung deaktiviert sein kann.
Durch diese vorteilhafte Schaltbarkeit der Ventileinrichtung 42 kann eine bedarfsgerechte Kühlung und Erwärmung der Verbrennungskraftmaschine 10 und ihrer Komponenten sowie Betriebsflüssigkeiten erfolgen. Hierbei folgt auf wenigstens eine Wärmequelle wenigstens eine Wärmesenke, spätestens nachdem das von einer entsprechenden Wärmequelle erwärmte Kühlmittel die Kühlmittelpumpe 46 wieder erreicht hat und von dieser zur darauffolgenden Wärmesenke gefördert wird.
In einer vierten Schaltstellung der Ventileinrichtung 42 sind die drei Kühlmittelräume 14, 16, 26 zumindest von dem überwiegenden Teil des Massenstroms durchströmbar. In dieser vierten Schaltstellung kann das Ventilelement 44, wie durch Richtungspfeile 100 angedeutet, von dem Kühlmittel durchströmt werden. Mittels des Ventilelements 44 sind die Kühlmittelausgänge 38, 40 freigegeben. In der vierten Schaltstellung ist auch das Ventilelement 54 geöffnet, so dass das Leitungselement 52 und somit der Kühlmittelausgang 36 fluidisch freigegeben sind. Das Kühlmittel kann nun über den Kühlmittelausgang 36 aus dem Kühlmittelraum 14, über den Kühlmittelausgang 38 aus dem Kühlmittelraum 16 und über den Kühlmittelausgang 40 aus dem Kühlmittelraum 26 ausströmen und die Kühlmittelräume 14, 16, 26 durchströmen.
Das Kühlmittel strömt in der vierten Schaltstellung über den Kühlmittelausgang 36 in das Leitungselement 52 und von diesem in das Leitungselement 48. Das Kühlmittel aus dem Kühlmittelraum 16 strömt über den Kühlmittelausgang 38 in das Leitungselement 48. Vom Leitungselement 48 strömt das Kühlmittel in die Leitungselemente 80, 82, von dort über das Ventilelement 44 zum Leitungselement 55 und von diesem zum mit dem Leitungselement 55 fluidisch verbundenen Leitungselement 102.
Das Kühlmittel aus dem Kühlmittelraum 26 strömt über den Kühlmittelausgang 40 zunächst in das Leitungselement 108, strömt ein kurzes Stück in diesem und zweigt dann in das Leitungselement 57 ab. Vom Leitungselement 57 strömt das Kühlmittel dann in das mit dem Leitungselement 57 fluidisch verbundene Leitungselement 102. Die Ventileinrichtung 42 wird in die vierte Schaltstellung geschaltet, wenn ein Normalbetrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 vorliegt, in welcher ihre Komponenten ihre Betriebstemperatur aufweisen. Hierbei werden das Zylinderrohr 20, der Zylinderstegbereich 22 sowie der Zylinderkopf 24 gekühlt. Das Ventilelement 66 des Thermostats 68 steuert oder regelt die Temperatur des Kühlmittels anhand einer Durchströmung des Kühlers 96 von dem Kühlmittel. Mit anderen Worten kann das Kühlmittel vom Leitungselement 102 über das Ventilelement 66 in das Leitungselement 70 und/oder 72 einströmen.
Das das Leitungselement 70 durchströmende Kühlmittel kann den Kühler 96 durchströmen, durch welchen das Kühlmittel gekühlt wird. Dem Kühler 96 ist dabei ein Lüfter 104 zugeordnet, mittels welchem der Kühler 96 von Luft angeblasen werden kann. In der Folge kann ein Wärmeübergang von dem den Kühler 96 durchströmenden Kühlmittel über den Kühler 96 an die den Kühler 96 umströmende Luft stattfinden, wodurch das Kühlmittel gekühlt wird. Über ein Leitungselement 106 des Kühlkreislaufs 30 gelangt das mittels des Kühlers 96 gekühlte Kühlmittel zur Kühlmittelpumpe 46, wodurch der Kreislauf geschlossen ist.
Die Kühlmittelpumpe 46 fördert mittels des Kühlers 96 gekühltes Kühlmittel von dem Leitungselement 106 zum Leitungselement 58. Vom Leitungselement 58 kann das gekühlte Kühlmittel über das Ventilelement 44 in das Leitungselement 64 einströmen, so dass es über das Leitungselement 64 zu den Wärmetauschern 90, 92 strömen kann. Das Kühlmittel dient nun nicht zum Erwärmen, sondern zum Kühlen des Schmieröls und des Getriebeöls, um die Verbrennungskraftmaschine 10 und das bzw. die Getriebe vor thermischen Beschädigungen zu schützen. Das Getriebeöl und das Schmiermittel bzw. die jeweiligen Wärmetauscher 90, 92 sind nur Wärmequellen.
Das Leitungselement 102 dient als Umgehungs- oder Bypass-Leitung bezogen auf die Wärmetauscher 90, 92, da das Kühlmittel aus dem Kühlmittelraum 26 über das Leitungselement 102 an den Wärmetauschern 90, 92 vorbei direkt zum Ventilelement 66 und von dort beispielsweise zum Kühler 96 geleitet werden kann. In der vierten Schaltstellung ist das Ventilelement 73 beispielsweise geschlossen, und die Heizpumpe 78 kann deaktiviert sein. Eine solche vierte Schaltstellung ist auch bei der Verbrennungskraftmaschine gemäß 3 möglich.
Des Weiteren kann eine fünfte Schaltstellung der Ventileinrichtung 42 vorgesehen sein. Die fünfte Schaltstellung entspricht im Wesentlichen der dritten Schaltstellung, wobei sich die fünfte von der dritten Schaltstellung dahingehend unterscheidet, dass das Ventilelement 54 in der fünften Schaltstellung geöffnet ist. Dadurch können die Kühlmittelräume 14, 16, 26 zumindest von dem überwiegenden Teil des Massenstroms des Kühlmittels durchströmt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass das Ventilelement 54 zwischen einer Schließstellung, in der das Leitungselement 52 fluidisch versperrt ist, und einer Offenstellung, in welcher das Leitungselement 52 fluidisch freigegeben ist, verstellbar ist. Ferner ist es möglich, dass das Ventilelement 54 in wenigstens eine Zwischenstellung zwischen seiner Schließstellung und seiner Offenstellung verstellbar ist, wobei ein von dem Kühlmittel durchströmbarer Strömungsquerschnitt des Leitungselements 52 in der Zwischenstellung gegenüber der Schließstellung freigegeben und gegenüber der Offenstellung verengt ist. Mit anderen Worten ist es möglich, den Strömungsquerschnitt des Leitungselements 52 mittels des Ventilelements 54 einzustellen, so dass ein das Leitungselement 52 durchströmbarer Massenstrom des Kühlmittels bedarfsgerecht einstellbar ist.
In der fünften Schaltstellung kann das Ventilelement 54 entweder vollständig oder nur teilweise geöffnet sein, wobei die Einstellung des Strömungsquerschnitts des Leitungselements 52 vorzugsweise in Abhängigkeit von der Temperatur der Verbrennungskraftmaschine 10 und somit des Kühlmittels durchgeführt wird. Ausgehend von der dritten Schaltstellung wird somit in der fünften Schaltstellung die Kühlung des Zylinderrohrs 20 zugeschaltet, indem das Ventilelement 54, welches auch als Split-Cooling-Ventil bezeichnet wird, gegenüber der dritten Schaltstellung geöffnet wird. Dies bedeutet, dass in der fünften Schaltstellung im Gegensatz zur dritten Schaltstellung der Kühlmittelausgang 36 zumindest teilweise freigeschaltet ist.
Die Ventileinrichtung 42 ist auch in eine sechste Schaltstellung schaltbar. In der sechsten Schaltstellung ist die Kühlmittelpumpe 46 aktiviert. Das Ventilelement 66 ist geschlossen, so dass die Leitungselemente 70, 72 nicht von Kühlmittel durchströmt werden können. Das Ventilelement 44 ist, wie durch die Richtungspfeile 100 angedeutet ist, von dem Kühlmittel durchströmbar. Dies bedeutet, dass Kühlmittel vom Leitungselement 82 über das Ventilelement 44 in das Leitungselement 55 und vom Leitungselement 58 über das Ventilelement 44 in das Leitungselement 64 strömen kann. In der sechsten Schaltstellung kann somit das Kühlmittel aus dem Kühlmittelraum 16 über den korrespondierenden Kühlmittelausgang 38 und Kühlmittel aus dem Kühlmittelraum 26 über den korrespondierenden Kühlmittelausgang 40 ausströmen, während das Ventilelement 54 geschlossen ist. Somit kann kein Kühlmittel den Kühlmittelraum 14 durchströmen.
In der sechsten Schaltstellung befindet sich das Ventilelement 73 in einer solchen Stellung, dass das Kühlmittel von dem Leitungselement 108 des Kühlkreislaufs 30 über das Ventilelement 73 in das Leitungselement 74 und von diesem in Leitungselemente 110 strömen kann. Vom Leitungselement 110 kann das Kühlmittel bis zu einem Ventilelement 112 strömen. In der sechsten Schaltstellung ist die Heizpumpe 78 aktiviert, so dass sie zum Fördern des Kühlmittels durch den Kühlkreislauf 30 dient. Das Ventilelement 73 schließt einen Heizkreislauf 114 kurz, so dass keine Beheizung des Innenraums des Kraftwagens erfolgt.
Die Heizpumpe 78 fördert das Kühlmittel vom Zylinderkopf 24, von den Wärmetauschern 83, 84 und von den Abgasturboladers 86, 88. Das Fließen des Kühlmittels durch thermisch kritische Komponenten verhindert ein Aufkochen sowie lokal zu hohe thermische Belastungen direkt nach der Deaktivierung der Verbrennungskraftmaschine 10. Dies bedeutet, dass die ersten fünf Schaltstellungen während der aktivierten Verbrennungskraftmaschine 10 in Abhängigkeit von deren Temperatur geschaltet werden, während die sechste Schaltstellung beim Deaktivieren der Verbrennungskraftmaschine 10 eingestellt wird. Durch die sechste Schaltstellung ist somit eine sogenannte Nachlaufkühlung realisierbar. Die fünfte und die sechste Schaltstellung sind auch bei der Verbrennungskraftmaschine 10 gemäß 3 realisierbar.
Insbesondere in der dritten, vierten und fünften Schaltstellung ist auch eine besonders vorteilhafte Beheizung des Innenraums möglich. Hierzu kann das Ventilelement 73 bedarfsgerecht eingestellt und beispielsweise geöffnet werden, sodass mittels des an Wärmequellen erwärmten Kühlmittels der Innenraum aufwärmbar ist. Dabei ist es beispielsweise möglich, dass erwärmtes Kühlmittel vom Leitungselement 108 über das Ventilelement 73 in das Leitungselement 76 strömt und über dieses beispielsweise einem Wärmetauscher 116 zugeführt wird.
Über den Wärmetauscher 116 kann ein Wärmeübergang vom erwärmten Kühlmittel an ein Wischwasser einer Scheibenreinigungsanlage des Kraftwagens erfolgen, so dass dadurch das Wischwasser erwärmt wird. Dem Wärmetauscher 116 ist ein Thermoventil 118 zur Einstellung der Temperatur des Wischwassers zugeordnet. Das Kühlmittel kann über das Ventilelement 73 auch einem Kühler 120 zugeleitet werden, mittels welchem das erwärmte Kühlmittel gekühlt werden kann. Hierzu ist dem Kühler 120 ein Lüfter 122 zugeordnet. Das Kühlmittel kann auch einem Klimatisierungskreis 124 mit Klimaventilen 126, 128 zugeführt werden. Dabei ist der Innenraum mittels des Klimatisierungskreises 124 temperierbar.
Ist das Ventilelement 73 entsprechend geschlossen, so wird die Wärme nicht an den Innenraum geleitet, sondern über das eine Umgehungsleitung für den Heizkreislauf 114 darstellende Leitungselement 74 zum Leitungselement 110 und weiter zum Leitungselement 94 geleitet, so dass es dann im nächsten Umlauf, d. h. stromab der Kühlmittelpumpe 46, entsprechende Komponenten der Verbrennungskraftmaschine 10 wie beispielsweise die Verbrennungskraftmaschine 10 selbst und/oder das Schmieröl und das Getriebeöl aufwärmen kann. Das Zuschalten des Heizkreislaufs 114 durch entsprechendes Schalten des Ventilelements 73 ist dabei bedarfsgerecht und unabhängig von der jeweiligen Schaltstellung außer bei der ersten Schaltstellung (stehendes Kühlmittel) möglich, um so den Innenraum effektiv und effizient erwärmen zu können.
Ist der Heizkreislauf 114 über das Ventilelement 73 beispielsweise in der vierten Schaltstellung zugeschaltet, so leitet das Ventilelement 73 warmes Kühlmittel vom Zylinderkopf 24 zum Innenraum bzw. zu wenigstens einen dem Innenraum zugeordneten Wärmetauscher. Auch in der fünften Schaltstellung ist die Zuschaltung des Heizkreislaufs 114 durch entsprechendes Schalten des Ventilelements 73 möglich. Die Zu- oder Abschaltung des Heizkreislaufs 114 vom übrigen Kühlkreislauf 30 kann bedarfsweise erfolgen und ist beispielsweise abhängig von einem Heizungswunsch von Fahrzeuginsassen. In 1 ist auch ein Ausgleichsbehälter 130 des Kühlkreislaufs 30 zu erkennen.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine 10 im Kühlkreislauf 30. Hierbei ist zusätzlich zu den Wärmetauschern 90, 92 ein weiterer Wärmetauscher 132 vorgesehen, welcher sogenannten Ölspritzdüsen zugeordnet ist. Der Wärmetauscher 132 dient dabei zum Temperieren von Schmieröl, welches wenigstens einer sogenannten Ölspritzdüse zugeführt wird. Mittels der Ölspritzdüse wird wenigstens ein im Zylinder 18 angeordneter und relativ zum Zylinder 18 translatorisch bewegbarer Kolben mit Öl angespritzt und dadurch geschmiert und gekühlt. Gemäß 1 sind die Wärmetauscher 90, 92 parallel miteinander verschaltet. Gemäß 2 sind die Wärmetauscher 90, 92, 132 parallel zueinander verschaltet.
Wie in Zusammenschau von 1 und 2 erkennbar ist, ist gemäß 2 vorgesehen, dass das Leitungselement 94 an das Ventilelement 66 des Thermostats 68 fluidisch angeschlossen ist. Darüber hinaus ist gemäß 2 ein Abgaswärmetauscher 134 vorgesehen, mittels welchem das dem Heizkreislauf 114 zuzuführende Kühlmittel zusätzlich erwärmbar ist. Mit anderen Worten ist der Abgaswärmetauscher 134 von dem Kühlmittel und von Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10 durchströmbar, so dass ein Wärmeübergang von dem heißen Abgas an das demgegenüber gegebenenfalls kühlere Kühlmittel erfolgen kann. Hierdurch kann dem Abgas zusätzliche Wärme entnommen und dem Kühlmittel zugeführt werden, so dass der Innenraum des Kraftwagens auch bei geringen Umgebungstemperaturen beheizt werden kann. Insbesondere ist es so möglich, den Innenraum komfortabel aufzuheizen, falls die Temperatur des Kühlmittels aus dem Zylinderkopf 24 nicht für eine besonders schnelle Erwärmung des Innenraums ausreicht.
Durch die Verwendung des Abgaswärmetauschers 134 kann auch im Abgas enthaltene Wärme genutzt werden, wobei der Abgaswärmetauscher 134 vorzugsweise stromab eines Katalysators mit einer Abgasklappe angeordnet ist, wobei die Abgasklappe zur Einstellung eines Aufstauverhaltens verwendet wird, um so auch große Mengen an Abgas rückführen zu können.
Die entsprechende Einstellung der unterschiedlichen Schaltstellungen der Ventileinrichtung 42 kann geregelt oder gesteuert beispielsweise durch eine Steuereinheit der Verbrennungskraftmaschine 10 erfolgen. Die Einstellung der unterschiedlichen Schaltstellungen ist beispielsweise auch per Hand von einem Fahrzeuginsassen und insbesondere vom Fahrer des Kraftwagens möglich, insbesondere, um den Heizkreislauf 114 zu- oder abzuschalten. Auch die Ventileinrichtung gemäß 2 ist in die geschilderten, sechs Schaltstellungen schaltbar.
Bei den Ventilelementen 44, 54, 66, 66 sowie bei anderweitigen Ventilelementen der Verbrennungskraftmaschine 10 bzw. des Kühlkreislaufs 30 kann es sich um schaltbare Ventile, insbesondere um Absperrventile, handeln, welche gestuft oder stufenlos einstellbar sind. Diese Ventilelemente können beispielsweise elektrisch, hydraulisch, mechanisch und/oder auf anderweitige Weise betätigbar sein. Dabei kann es sich um Mehrwegventile, Drehschieber, Thermostatventile oder um sonstig einstellbare Ventile bzw. Kontrollvorrichtungen wie beispielsweise Drosseln zum variablen Einstellen eines entsprechenden Strömungsquerschnitts handeln. Bei den Ventilelementen kann es sich auch um sogenannte PWM-Ventile handeln (PWM – pulsweitenmoduliert). Ferner kann vorgesehen sein, dass die entsprechende Funktion der Ventilelemente 44, 66, 72, an die jeweils mehr als zwei Leitungselemente angeschlossen sind, durch jeweilige, einzelne Ventile, an die beispielsweise lediglich zwei Leitungselemente angeschlossen sind, erfüllt wird. Unter Ventile können dabei auch Drosseln verstanden werden.
Anstelle der parallelen Anordnung der Wärmetauscher 90, 92 bzw. der Wärmetauscher 90, 92, 132 kann auch eine anderweitige Anordnung vorgesehen sein, so dass beispielsweise eine Kombination aus Reihen- und Parallelschaltungen vorgesehen ist. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass den Wärmetauschern 90, 92 bzw. den Wärmetauschern 90, 92, 132 eine, insbesondere jeweils eine, Einstelleinrichtung wie beispielsweise ein Ventilelement oder eine Drossel zugeordnet ist, mittels welcher ein jeweiliger Massenstrom des die Wärmetauscher 90, 92, 132 durchströmenden Kühlmittels einstellbar ist. Diese Einstellung kann dabei gesteuert oder geregelt erfolgen. Ferner kann vorgesehen sein, dass einem oder zwei der Wärmetauscher 90, 92, 132 ein Einstellelement zugeordnet ist, mittels welchem ein Massenstrom des Kühlmittels durch den entsprechend zugeordneten Wärmetauscher 90, 92, 132 einstellbar ist. Durch Einstellen des Massenstroms durch den dem Einstellelement zugeordneten Wärmetauscher 90, 92, 132 bzw. Wärmetauschern 90, 92, 132 wird auch gleichzeitig ein Massenstrom des Kühlmittels durch den bzw. die entsprechend anderen Wärmetauscher 90, 92, 132 eingestellt.
Wie 1 zu entnehmen ist, ist vorliegend dem Wärmetauscher 92 ein entsprechendes Einstellelement 136 zugeordnet, mittels welchem ein den Wärmetauscher 92 durchströmenden Massenstrom des Kühlmittels einstellbar ist. Durch Einstellen des den Wärmetauscher 92 durchströmenden Massenstroms des Kühlmittels wird auch ein den Wärmetauscher 90 durchströmender Massenstrom des Kühlmittels eingestellt. Das Einstellelement 136 ist regelbar oder steuerbar und kann auch dem Wärmetauscher 90 zugeordnet sein.
Gemäß 2 ist dem Wärmetauscher 92 das Einstellelement 136 zugeordnet, während dem Wärmetauscher 90 ein weiteres Einstellelement 138 zugeordnet ist. Auch das Einstellelement 138 dient zum Einstellen eines den Wärmetauscher 90 durchströmenden Massenstrom des Kühlmittels. Durch Einstellen der jeweiligen, die Wärmetauscher 90, 92 durchströmende Massenströme kann auch ein den Wärmetauscher 132 durchströmender Massenstrom des Kühlmittels eingestellt werden. Eine anderweitige Anordnung und Verschaltung der Einstellelemente 136, 138 ist ohne weiteres möglich. Beispielsweise ist es möglich, an einer Aufteilungsstelle 141, an welcher das Kühlmittel vom Leitungselement 64 an die Wärmetauscher 90, 92, 132 aufgeteilt wird, ein entsprechendes Mehrwegventil anzuordnen, mittels welchem ein entsprechender Zufluss an Kühlmittel zu den Wärmetauschern 90, 92, 132 einstellbar ist. Gleiches ist auch auf 1 übertragbar.
Vorzugsweise ist dem dem Getriebe zugeordneten Wärmetauscher 90 eine separate Leitung zum Führen von Getriebeöl zu dem Wärmetauscher 90 zugeordnet, wobei eine parallele Anordnung des dem Getriebe zugeordneten Wärmetauschers 90 zu den anderen Wärmetauschern 92, 132 vorteilhaft ist, da eine besonders lange Zeitdauer erforderlich ist, um das Getriebeöl bei einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine 10 aufzuwärmen und da sich das Getriebeöl besonders langsam nach dem Deaktivieren der Verbrennungskraftmaschine 10 wieder abkühlt. Dies liegt darin begründet, dass das Getriebe aufgrund seiner großen Masse einen großen Wärmepuffer darstellt und somit eine mögliche Wärmequelle bei einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine 10 darstellen kann, wenn das Getriebe bzw. das Getriebeöl noch wärmer als das Kühlmittel ist und so ein Kühlmittelfluss durch den Wärmetauscher 90 separat von einem Kühlmittelfluss durch den Wärmetauscher 92, 132 einstellbar ist.
Bei einer möglichen Reihenschaltung der Wärmetauscher 90, 92, 132 ist eine bauliche Nähe darstellbar, wobei es vorteilhaft sein kann, den Wärmetauscher 132 stromauf des Wärmetauschers 92 anzuordnen, da das den Wärmetauscher 132 durchströmende Schmiermittel zum Kühlen der Kolben verwendet wird. Dadurch wird der Wärmetauscher 132 vor dem Wärmetauscher 92 durchströmt und nicht durch das den Wärmetauscher 92 durchströmende Schmieröl erwärmt.
Wie aus 2 erkennbar ist, ist der Abgaswärmetauscher 134 in einer Umgehungsleitung 140 angeordnet. Alternativ dazu kann die Umgehungsleitung 140 auch in einem Abgaskanal angeordnet sein.
Ferner ist es möglich, dass im Kühlkreislauf 30 stromab des Kühlmittelausgangs 36 des Kurbelgehäuses 12 wenigstens ein weiterer Kühler und/oder Wärmetauscher angeordnet ist, der nach dem Starten der Verbrennungskraftmaschine 10 dann über den unteren Kühlmittelraum 14 aufgewärmt bzw. mit dem erwärmten Kühlmittel versorgt werden kann oder später mit dem unteren Kühlmittelraum 14 gekühlt werden kann. Vorteilhaft dabei ist eine dem Kurbelgehäuse 12 ähnliche Betriebstemperatur der diesem Kühler und/oder Wärmetauscher zugeordneten Komponente, da das Kühlmittel am Kühlmittelausgang 36 ein Temperaturniveau wie das Kurbelgehäuse 12 aufweist.
In 2 sind beispielhaft zwei Komponenten dargestellt, denen der stromab des Kühlmittelausgangs 36 angeordnete Kühler und/oder Wärmetauscher zugeordnet sein kann. Hierbei handelt es sich um einen integrierten Startergenerator 142 (ISG) sowie um einen Kraftstoffwärmetauscher 144 zum Temperieren eines flüssigen Kraftstoffs der Verbrennungskraftmaschine 10. Hierbei kann es sich beispielsweise um Dieselkraftstoff handeln. Bei einer solchen Komponente kann es sich auch um eine elektrische Komponente eines Hybridantriebs handeln, welche über den Kühler und/oder Wärmetauscher aufgewärmt oder gekühlt werden kann.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine 10, wobei nun dem Kühlmittelraum 16 kein eigener Kühlmittelausgang zugeordnet ist. Das Kühlmittel aus dem Kühlmittelraum 16 strömt in den Kühlmittelraum 26 des Zylinderkopfes 24 und kann aus diesem – je nach Schaltstellung – gegebenenfalls über den Kühlmittelausgang 40 ausströmen.
Dem unteren Kühlmittelraum 14 des Kurbelgehäuses 12 ist nun eine Umgehungseinrichtung 146 mit einer Umgehungsleitung 148 zugeordnet. Die Umgehungsleitung 148 ist stromauf des Kühlmittelraums 14 mit dem Leitungselement 58 und über das nun drei Anschlüsse aufweisende Ventilelement 54 stromab des Kühlmittelraums 14 fluidisch mit dem Leitungselement 48 verbunden bzw. verbindbar. Dies bedeutet, dass der der Umgehungseinrichtung 146 zugeordnete Kühlmittelraum 14 mittels der Umgehungsleitung 148 von dem Kühlmittel von stromauf zu stromab des Kühlmittelraums 14 umgehbar ist.
So ist es möglich, das Kühlmittel insbesondere während der Warmlaufphase der Verbrennungskraftmaschine 10 an der noch relativ kalten Verbrennungskraftmaschine 10 vorbei und zu den Wärmequellen in Form der Wärmetauscher 83, 84 und der Abgasturbolader 86, 88 zu leiten. In der zweiten Schaltstellung der Ventileinrichtung 42 wird das Kühlmittel über die Umgehungsleitung 148 am Kurbelgehäuse 12 vorbeigeführt, um insbesondere Wärme von den Abgasturboladern 86, 88 und von den Wärmetauschern 83, 84 aufzunehmen und diese Wärme an die Wärmetauscher 90, 92, 132 abzugeben. Bei dieser Ausführungsform gemäß 3 ist es insbesondere möglich, den der Hochdruck-Abgasrückführung zugeordneten Wärmetauscher 84 stromab der Kühlmittelpumpe 46 und stromauf des Kurbelgehäuses 12 und des Zylinderkopfes 24 anzuordnen, um so eine vorteilhafte und bedarfsgerechte Temperierung zu realisieren. Im Rahmen der Einstellung der unterschiedlichen Schaltstellungen wird insbesondere angestrebt, die Kühlung des Zylinderrohrs 20 so lange als möglich nicht durchzuführen, um die Wärme über den Kühlkreislauf 30 zu verteilen und eine bedarfsgerechte Kühlung und Erwärmung vorzunehmen. Ansonsten wird eine maximale Temperatur von ca. 100°C des Zylinderrohrs 20 angestrebt.
Der obere Kühlmittelraum 26 wird dabei je nach Brennverfahren früher oder später freigegeben. Handelt es sich bei der Verbrennungskraftmaschine 10 beispielsweise um einen Dieselmotor, so wird der Zylinderkopf 24 beispielsweise auf ca. 70°C temperiert. Handelt es sich bei der Verbrennungskraftmaschine 10 beispielsweise um einen Ottomotor, so wird der Zylinderkopf 24 beispielsweise auf 100°C oder mehr temperiert. Der Zylinderstegbereich 22 wird insbesondere in Abhängigkeit von seiner Temperatur bzw. seiner Festigkeit mit dem Kühlmittel versorgt.
Die Schaltstellungen der Ventileinrichtung 42 ermöglichen insbesondere eine getrennte Steuerung bzw. Regelung der Kühlmittelräume 14, 16, 26 sowie eine bedarfsgerechte Verteilung von von Wärmequellen der Verbrennungskraftmaschine 10 bereitgestellter Wärme an entsprechende Wärmesenken der Verbrennungskraftmaschine 10, so dass Wärmesenken – je nach Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 10 – die Wärmequellen bedarfsgerecht gekühlt und die erwärmt werden können. Werden während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 Wärmesenken zu zu kühlenden Wärmequellen oder umgekehrt, so kann dieser Veränderung durch die Schaltstellungen der Ventileinrichtung 42 bedarfsgerecht Rechnung getragen werden.
Aufgrund der bedarfsgerechten Schaltbarkeit kann der Kühlkreislauf 30 für unterschiedliche Verbrennungskraftmaschinen, so z. B. sowohl für Dieselmotoren als auch für Ottomotoren und somit über unterschiedliche Varianten des Kraftwagens hinweg verwendet werden.
4 bis 6 veranschaulichen eine Ausführungsform des Kurbelgehäuses 12 der Verbrennungskraftmaschine 10. 4 zeigt hierbei eine Längsschnittansicht des Kurbelgehäuses 12, wobei eine entsprechende Schnittebene durch die Längs- und Hochrichtung des Kurbelgehäuses 12 und somit der Verbrennungskraftmaschine 10 aufgespannt wird und wobei in der Schnittebene eine Drehachse einer am Kurbelgehäuse 12 zu lagernden Kurbelwelle liegt. Eine jeweilige Schnittebene gemäß 5 und 6 verläuft senkrecht zur Schnittebene gemäß 4.
4 bis 6 zeigen eine Ausführungsform des Kurbelgehäuses 12 der Verbrennungskraftmaschine 10. Aus 4 ist erkennbar, dass das Kurbelgehäuse 12 vorliegend vier Zylinder 18 aufweist, welche in durch einen Richtungspfeil 19 angedeuteter Längsrichtung des Kurbelgehäuses 12 und somit der Verbrennungskraftmaschine 10 in Reihe angeordnet sind. Bei der Verbrennungskraftmaschine 10 handelt es sich somit um einen Vier-Zylinder-Reihenmotor. Einer der Zylinder 18 ist auch in 6 vergrößert dargestellt. Das Kurbelgehäuse 12 ist vorzugsweise aus einem Leichtmetall bzw. einer Leichtmetalllegierung, insbesondere aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung gebildet, was zu einem sehr geringen Gewicht des Kurbelgehäuses 12 und somit der Verbrennungskraftmaschine 10 führt.
Wie aus 4 bis 6 zu erkennen ist, umfasst das Kurbelgehäuse 12 ein Gehäuseelement 13, mit den Kühlmittelräumen 14, 16, wobei die Kühlmittelräume 14, 16 mittels eines separat vom Gehäuseelement ausgebildeten und mit dem Gehäuseelement 13 verbundenen Zwischenelements 15 in durch einen Richtungspfeil 17 angedeuteter Hochrichtung der Verbrennungskraftmaschine 10 fluidisch voneinander getrennt sind.
Dadurch ist das Gehäuseelement 13 auf besonders einfache und besonders kostengünstige Weise durch Druckgießen und somit als Druckgussbauteil herstellbar. Im Rahmen der Herstellung des Gehäuseelements 13 wird zunächst ein die Kühlmittelräume 14, 16 umfassender, fluidisch zusammenhängender Gesamtraum gebildet. Zeitlich nach dem Gießen des Gehäuseelements 13 wird ein Zwischenelement 15 in diesem Gesamtraum angeordnet, so dass der Gesamtraum in die Kühlmittelräume 14, 16 unterteilt ist und die Kühlmittelräume 14, 16 fluidisch voneinander getrennt werden.
Wie insbesondere anhand von 5 und 6 erkennbar ist, wird das Gehäuseelement 13 in so genannter Open-Deck-Bauweise hergestellt. Auch das Kurbelgehäuse 12 mit dem Gehäuseelement 13 und dem Zwischenelement 15 ist bezogen auf den oberen Kühlmittelraum 16 in Open-Deck-Bauweise ausgebildet. Dies bedeutet, dass der Gesamtraum bzw. der obere Kühlmittelraum 16 in Hochrichtung des Kurbelgehäuses 12 nach oben zumindest in einem Teilbereich offen ist. Infolge dieses offenen Ausgestaltung kann das Kühlmittel vom Kühlmittelraum 16 in den Kühlmittelraum 26 des Zylinderkopfes 24 überströmen. Diese Open-Deck-Bauweise ermöglicht auch eine besonders einfache Herstellung des Gesamtraums, da beispielsweise wenigstens ein Kernelement zum Herstellen des Gesamtraums im Rahmen des Druckgießens nach dem Druckgießen aus dem Gesamtraum entfernt und für einen weiteren Gießvorgang genutzt werden kann. Auf die Verwendung von verlorenen Kernen kann somit verzichtet werden.
Dennoch können die Kühlmittelräume 14, 16 fluidisch vollständig voneinander getrennt werden, indem das Zwischenelement 15 in Hochrichtung des Gehäuseelements 13 bzw. des Kurbelgehäuses 12 von oben in den Gesamtraum eingebracht wird. Diese Anordnung ist dabei aufgrund der offenen Ausgestaltung des Gesamtraums auf besonders einfache Weise möglich. Hierdurch können die Kühlmittelräume 14, 16 auf einfache Weise in das Kurbelgehäuse 10 integriert werden.
Um das Zwischenelement 15 prozesssicher am Gehäuseelement 13 montieren und definiert zu diesem ausrichten zu können, weist das Gehäuseelement 13 Anschläge 21 auf, an denen das Zwischenelement 15 abgestützt ist. Die Anschläge 21 stellen somit eine Abstufung im Gesamtraum dar, um das Zwischenelement 15 einlegen und positionieren zu können.
Um das Zwischenelement 15 mit dem Gehäuseelement 13 zu verbinden, kann das Zwischenelement 15 beispielsweise in das Gehäuseelement 13 eingepresst sein. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass das Zwischenelement 15 mit dem Gehäuseelement 13 verschweißt ist.
Um die Kühlmittelräume 14, 16 mittels des Zwischenelements 15 besonders gut gegeneinander abzudichten, kann das Zwischenelement 15 außenumfangsseitig zumindest in einem Teilbereich mit einer Gummierung, d. h. mit einer aus einem Gummi gebildeten Schicht, versehen sein, über welche das Zwischenelement 15 an dem Gehäuseelement 13 abgestützt ist. Ist das Zwischenelement 15 beispielsweise über eine Presspassung mit dem Gehäuseelement 13 verbunden, so kann diese Presspassung über die Gummierung erfolgen.
Bezugszeichenliste

10: Verbrennungskraftmaschine
12: Kurbelgehäuse
13: Gehäuseelement
14: erster Kühlmittelraum
15: Zwischenelement
16: zweiter Kühlmittelraum
17: Richtungspfeil
18: Zylinder
19: Richtungspfeil
20: Zylinderrohr
21: Anschlag
22: Zylinderstegbereich
24: Zylinderkopf
26: dritter Kühlmittelraum
28: Richtungspfeil
30: Kühlkreislauf
32: Kühlmitteleingang
34: Kühlmitteleingang
36: Kühlmittelausgang
38: Kühlmittelausgang
40: Kühlmittelausgang
42: Ventileinrichtung
44: Ventilelement
46: Kühlmittelpumpe
48: Leitungselement
50: Anschluss
52: Leitungselement
54: Ventilelement
55: Leitungselement
56: Anschluss
57: Leitungselement
58: Leitungselement
60: Anschluss
62: Anschluss
64: Leitungselement
66: Ventilelement
68: Thermostat
70: Leitungselement
72: Leitungselement
73: Ventilelement
74: Leitungselement
76: Leitungselement
78: Heizspumpe
79: Richtungspfeil
80: Leitungselement
82: Leitungselement
83: Wärmetauscher
84: Wärmetauscher
86: Abgasturbolader
88: Abgasturbolader
90: Wärmetauscher
92: Wärmetauscher
94: Leitungselement
96: Kühler
98: Richtungspfeil
100: Richtungspfeil
102: Leitungselement
104: Lüfter
106: Leitungselement
108: Leitungselement
110: Leitungselement
112: Ventilelement
114: Heizkreislauf
116: Wärmetauscher
118: Thermoventil
120: Kühler
122: Lüfter
124: Klimakreislauf
126: Ventilelement
128: Ventilelement
130: Ausgleichsbehälter
132: Wärmetauscher
134: Abgaswärmetauscher
136: Einstellelement
138: Einstellelement
140: Umgehungsleitung
141: Aufteilungsstelle
142: integrierter Startergenerator
144: Kraftstoffwärmetauscher
146: Umgehungseinrichtung
148: Umgehungsleitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10212672 A1 [0002]
DE 10155337 A1 [0003]
DE 10102644 C1 [0004]

Claims

Kurbelgehäuse (12) für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, mit wenigstens einem Gehäuseelement (13) mit einem von Kühlmittel durchströmbaren, ersten Kühlmittelraum (14) und mit wenigstens einem von dem Kühlmittel durchströmbaren, vom ersten Kühlmittelraum (14) fluidisch getrennten, zweiten Kühlmittelraum (16), dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelräume (14, 16) mittels wenigstens eines separat vom Gehäuseelement (13) ausgebildeten Zwischenelements (15) fluidisch voneinander getrennt sind.
Kurbelgehäuse (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (15) mit dem Gehäuseelement (13) verbunden ist.
Kurbelgehäuse (12) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseelement (13) als Druckgussbauteil ausgebildet ist.
Kurbelgehäuse (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Kühlmittelräume (14, 16), insbesondere der in Hochrichtung des Kurbelgehäuses (12) obere der Kühlmittelräume (14, 16) wenigstens eine Durchströmöffnung aufweist, über welche das Kühlmittel von dem die Durchströmöffnung aufweisenden Kühlmittelraum (16) in wenigstens einen dritten Kühlmittelraum (26) eines mit dem Kurbelgehäuse (12) verbindbaren Zylinderkopfes (24) der Verbrennungskraftmaschine (10) führbar ist.
Verbrennungskraftmaschine (10) mit einem Kurbelgehäuse (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (10) einen mit dem Kurbelgehäuse (12) verbundenen Zylinderkopf (24) umfasst und einen von dem Kühlmittel mit einem Massenstrom durchströmbaren Kühlkreislauf (30) aufweist, welchem die Kühlmittelräume (14, 16) des Kurbelgehäuses (12) und wenigstens ein von dem Kühlmittel durchströmbarer, dritter Kühlmittelraum (26) des Zylinderkopfes (24) zugeordnet sind, wobei eine Ventileinrichtung (42) zum Beeinflussen eines Strömungswegs des Kühlmittels durch die Kühlmittelräume (14, 16, 26), vorgesehen ist, welche zwischen wenigstens drei Schaltstellungen schaltbar ist, und wobei in einer ersten der Schaltstellungen ein Durchströmen der Kühlmittelräume (14, 16, 26) verhindert ist, in einer zweiten der Schaltstellungen einer der Kühlmittelräume (14, 16, 26) von einem zumindest überwiegenden Teil des Massenstroms durchströmbar ist, und in der dritten Schaltstellung zwei der Kühlmittelräume (14, 16, 26) zumindest von dem überwiegenden Teil des Massenstroms durchströmbar sind.
Verbrennungskraftmaschine (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Schaltstellung einer der Kühlmittelräume (14, 16, 26) des Kurbelgehäuses (12) als der eine Kühlmittelraum (16) von dem zumindest überwiegenden Teil des Massenstroms durchströmbar ist.
Verbrennungskraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der dritten Schaltstellung einer der Kühlmittelräume (14, 16) des Kurbelgehäuses (12) und der dritte Kühlmittelraum (26) als die zwei Kühlmittelräume (14, 16) zumindest von dem überwiegenden Teil des Massenstroms durchströmbar sind.
Verbrennungskraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (42) in eine vierte Schaltstellung schaltbar ist, in welcher die drei Kühlmittelräume (14, 16, 26) zumindest von dem überwiegenden Teil des Massenstroms durchströmbar sind.
Verbrennungskraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der Kühlräume (14, 16, 26) zumindest ein Ausgang (36, 38, 40) zugeordnet ist, über welchen von dem entsprechend zugeordneten Kühlmittelraum (14, 16, 26) das Kühlmittel abführbar ist, wobei in der ersten Schaltstellung die Ausgänge (36, 38, 40) fluidisch versperrt sind, in der zweiten Schaltstellung ein erster der Ausgänge (36, 38, 40) fluidisch freigegeben ist und die anderen Ausgänge (36, 40) fluidisch versperrt sind und in der dritten Schaltstellung zwei der Ausgänge (36, 38, 40) fluidisch freigegeben sind und der andere Ausgang (36) fluidisch versperrt ist.